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No último blog, aprendemos sobre a camada física em redes de computadores. Se você ainda não leu, pode aprender primeiro, o que nos ajudará a começar este estudo. Portal:Camada Física de Rede de Computadores
A seguir, começaremos oficialmente a explicar -camada de enlace de dados

conceito básico

A camada de enlace de dados é uma camada muito importante para realizar a comunicação entre dispositivos;
Os canais utilizados são divididos em dois tipos:

• canal ponto a ponto
• canal de transmissão

link: É uma seção de um nó ao nó adjacente.circuito físico , sem quaisquer outros nós de comutação entre eles. Um link é apenas um componente de um caminho.
link de dados : refere-se à adição de hardware e software que implementa o protocolo de comunicação ao link para formar um link de dados. Os links de dados também podem ser divididos em links físicos e links lógicos.

• O link físico é o link mencionado acima.
• O link lógico é o link de dados mencionado acima, que é o link físico mais o protocolo de comunicação necessário.

O método mais comum agora é usar adaptadores (placas de rede) para implementar o hardware e software desses protocolos. Os adaptadores comuns no mercado incluem a camada de enlace de dados e a camada física.

A camada de enlace de dados transmite e processa dados em quadros.

Existem muitos tipos de protocolos da camada de enlace de dados, mas existem três problemas básicos em comum ~

• emoldurado
• Transmissão transparente
• controle de erros

emoldurado

Adicione marcadores ao início e ao final dos dados (além do cabeçalho e final do quadro) para determinar o intervalo do quadro.

Quando os dados são um arquivo de texto que consiste em códigos ASCII imprimíveis, os quadros podem ser delimitados usando delimitadores de quadros especiais (SOH，EOT) controlam respectivamente o início e o fim do quadro ~

Transmissão transparente

Isso significa que a camada de enlace de dados não tem nenhuma restrição na transmissão de dados entregues pela camada superior, como se a camada de enlace de dados não existisse. Não importa qual combinação de bits de dados seja enviada, os dados passarão por toda a camada de enlace de dados sem erros.

Através da operação de encapsulamento e enquadramento mencionada acima, algumas pessoas pensaram em um problema se durante o encapsulamento for descoberto que uma determinada parte do nó nos dados é igual a.SOH EOT Mesmo assim, a camada de enlace de dados não encontraria os limites do quadro incorretamente? Não se preocupe, claro que há uma solução~

Solução alternativa: preenchimento de caracteres/preenchimento de bytes.

1. A camada de enlace de dados na extremidade de envio possui caracteres de controle que aparecem nos dados.SOHouEOTInsira um caractere de escape antes ESC(A codificação hexadecimal é1B）。
2. A camada de enlace de dados na extremidade receptora remove os caracteres de escape inseridos antes de enviar os dados para a camada de rede.
3. Se um caractere de escape também aparecer nos dados, um caractere de escape deverá ser inserido antes do caractere de escape. Quando o terminal receptor recebe dois caracteres de escape consecutivos, o primeiro é excluído.

controle de erros

Pode ocorrer durante a transferênciaerro de bit, 1 torna-se 0, 0 torna-se 1

A razão entre bits transmitidos erroneamente e o número total de bits transmitidos durante um período de tempo é chamadataxa de erro de bit . A taxa de erro de bit tem uma ótima relação com a relação sinal-ruído. Para garantir a confiabilidade da transmissão dos dados, devem ser adotadas medidas de detecção de erros.A camada de enlace de dados é amplamente utilizadaVerificação de redundância cíclica CRC / sequência de verificação de quadro FCS Tecnologia de detecção de erros.

1. O remetente e o destinatário concordam com um polinômio gerador G(x).
2. O remetente calcula um código de detecção de erro (código redundante) com base no polinômio de geração de dados a ser enviado, adiciona-o ao final dos dados de transmissão e os transmite juntos.
3. O receptor calcula se os dados recebidos contêm erros gerando polinômios.

Protocolo PPP ponto a ponto

Protocolo ponto a ponto O PPP é atualmente o protocolo da camada de enlace de dados ponto a ponto mais amplamente utilizado.

O acordo de PPP deverá atender:

• Simples
• emoldurado
• Transparência
• Vários protocolos de camada de rede
• Vários tipos de links
• detecção de erro

Recursos indesejados:

• Correção
• controle de fluxo
• número de série
• linha multiponto
• Link half-duplex ou simplex

O acordo PPP tem três componentes:

• Métodos de encapsulamento para vários datagramas de protocolo (encapsulamento em frames);
• protocolo de controle de linkLCP: Usado para estabelecer, configurar e testar conexões de link de dados;
• protocolo de controle de redeNCP: Cada um desses protocolos oferece suporte a diferentes protocolos de camada de rede;

formato de quadro

O cabeçalho e a cauda do quadro PPP têm 4 campos e 2 campos, respectivamente. O PPP é orientado a bytes e todos os comprimentos de quadro são bytes inteiros.

capital

campo de bandeira F = 0x7E (O símbolo 0x significa que os caracteres seguintes são representados em hexadecimal. A representação binária do hexadecimal 7E é01111110), o campo flag indica o início de um quadro.

O campo de endereço A no cabeçalho é especificado como0xFF(Agora mesmo11111111)。

O campo de controle C no cabeçalho é especificado como0x03(Agora mesmo00000011)。

cauda

O primeiro campo (2 bytes) no trailer é a sequência de verificação de quadro FCS usando CRC.

Transparência

Quando o PPP é usado para transmissão assíncrona, umpreenchimento de caracteres

• Coloque cada ocorrência no campo de informações0x7Ebyte é convertido em uma sequência de 2 bytes (0x7D，0x5E)。

• Se um campo de informações aparecer0x7Dbytes, então coloque o caractere de escape0x7DConverter para sequência de 2 bytes (0x7D，0x5D)。

• Se aparecer no campo de informaçõesASCIIcaractere de controle de código (ou seja, um caractere com valor menor que 0x20) e, em seguida, adicione um0x7DBytes e altera a codificação do caractere.

Quando o PPP é usado em links de transmissão síncrona (SONET/SDH), o protocolo especifica o uso de hardware para completarPreenchimento de zero bits

• No final do envio, todo o campo de informação é primeiro escaneado (normalmente implementado em hardware, mas também pode ser implementado em software, mas será mais lento).

• Assim que 5 1s consecutivos forem encontrados, um 0 é imediatamente preenchido.

• Quando a extremidade receptora recebe um quadro, ela primeiro encontra o campo de sinalização F para determinar o limite do quadro e, em seguida, usa o hardware para varrer o fluxo de bits. Sempre que 5 1s consecutivos são encontrados, aquele após os 5 1s consecutivos é 0 é excluído. restaurar o fluxo de bits de informações original.

Por que o protocolo PPP não usa números de sequência e mecanismos de confirmação?

1. A probabilidade de ocorrência de erros na camada de enlace de dados é baixa
2. No ambiente da Internet, os dados colocados no campo de informações PPP são um datagrama IP. A transmissão confiável da camada de enlace de dados não garante a transmissão confiável da camada de rede.
3. sequência de verificação de quadroFCSOs campos têm garantia de aceitação sem erros.

Controle de acesso de mídia

Camada de enlace de dados da rede local

• A rede pertence a uma unidade;
• Âmbito geográfico e número de locais limitados;
• Com a função de transmissão, toda a rede pode ser amplamente acessada a partir de um site, e os hosts na LAN podem compartilhar vários recursos de hardware e software conectados à LAN;

Uma questão importante a considerar ao usar um canal compartilhado é como coordenar o uso de um meio de transmissão compartilhado por vários locais de envio e recebimento. Se vários dispositivos enviarem dados ao mesmo tempo, eles interferirão entre si, levando à falha na transmissão.
O controle de acesso à mídia é dividido em alocação de canais estáticos e controle de acesso dinâmico. detalhes como segue:

Ethernet

Ethernet DIX V2 É o protocolo do primeiro produto LAN (Ethernet) do mundo;
Padrão IEEE 802.3 é o primeiroIEEEPadrão Ethernet;

Existem apenas diferenças muito sutis entre os dois, então a LAN 802.3 pode ser chamadaEthernet

adaptador

placa de interface de rede também conhecida comoadaptador de comunicação ouPlaca de interface de rede (NIC) oucartão de rede

Funções importantes dos adaptadores:

• Execute conversão serial/paralela;
• Cache de dados;
• Implementar o protocolo Ethernet

O computador se comunica com a LAN através do adaptador

Protocolo CSMA/CD

A Ethernet original conectava muitos computadores a um barramento.Comunicação de transmissão fácil de implementar, para obter comunicação um-para-um, escreva o endereço de hardware da estação receptora no campo de endereço de destino no cabeçalho do quadro Se e somente se o endereço de destino no quadro de dados for consistente com o endereço do adaptador, os dados. o quadro pode ser recebido. Se ambos Quando vários computadores ou sites estiverem enviando ao mesmo tempo, ocorrerão colisões e o envio falhará ~


Para facilitar a comunicação:

• Adote o método sem conexão;
  1) Os dados podem ser enviados diretamente sem estabelecer conexão;
  2) Os frames de dados enviados não precisam ser numerados e a outra parte não precisa devolver uma confirmação;
  3) A correção de erros é decidida pelos níveis superiores;
• Todos os dados enviados usamManchestercodificação;

Desvantagens: A largura de banda de frequência que ocupa é duplicada em comparação com o sinal de banda base original;

Sentido de portadora:

Antes de cada estação de trabalho da rede enviar dados, ela deve confirmar se há transmissão de dados no barramento.

Se houver transmissão de dados (o barramento é denominado ocupado), nenhum dado será enviado;

Se não houver transmissão de dados (diz-se que o barramento está vazio), os dados preparados são enviados imediatamente.

Acesso múltiplo:

Todas as estações de trabalho da rede enviam e recebem dados usando o mesmo barramento, e os dados enviados são transmitidos.

Detecção de colisão:

Isso significa que ao enviar quadros de informação, o nó remetente também deve monitorar a mídia para determinar se ocorre um conflito (ao mesmo tempo, se outros nós também estão enviando quadros de informação).

existirCSMA , devido à existência de atraso de propagação do canal, mesmo que duas estações do barramento não monitorem o sinal da portadora e enviem quadros, ainda podem ocorrer colisões.porqueCSMAO algoritmo não possui função de detecção de conflito. Mesmo que ocorra um conflito, o quadro danificado ainda será enviado, o que reduz a taxa efetiva de transmissão de dados.

CSMA/CDé um tipo deCSMA plano de melhoria. O site remetente continua monitorando a mídia durante a transmissão para detectar se há conflito. Se ocorrer um conflito, a amplitude do sinal portador transmitido pela própria estação emissora pode ser detectada no canal, determinando assim a existência do conflito. Uma vez detectado um conflito, a transmissão é imediatamente interrompida e uma série de sinais de bloqueio são enviados ao barramento para notificar outras estações relevantes no barramento.

Protocolo ARP

Hubs e switches

Alternar quadros de autoaprendizagem e encaminhamento

Protocolo Spanning Tree STP

LAN Virtual VLAN